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【NUCLEO-U083RC评测】MSI功耗测评

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马晓天 发布时间:2024-6-19 14:37
    STM32U08系列采用Arm Cortex®-M0+内核,这是一个专为低功耗和成本敏感型应用设计的32位内核。运行频率:STM32U08系列MCU的运行频率高达56 MHz,这为其提供了足够的处理能力来执行各种嵌入式应。' G5 s, }; S7 F9 N$ i
STM32U083x系列提供高达256 KB的Flash存储器和高达40 KB的SRAM,具有八种封装方式,包括32至81引脚的UFQFPN、WLCSP、LQFP和UFBGA封装。 
* @( ~% t: y& x7 P- e) ISTM32U083x资源:: P2 L% G' t, v0 b  [
一个12位ADC,两个内置的轨到轨模拟比较器,一个运算放大器
1 w4 T  M0 ^6 V1 q. A) Q一个低功耗RTC,一个通用32位定时器,一个专门用于电机控制的16位PWM定时器,三个通用16位定时器以及三个16位低功耗定时器。
& y* g/ L7 m3 M2 _+ `多达21个电容感应通道
8 H0 p' u- }/ }7 w% w& n; G三个I2C、两个SPI、四个USART和两个低功耗UART,以及一个支持设备模式的无晶振USB2.0。9 {; t0 e/ B4 n+ x
一个带内部升压转换器的LCD控制器,可以驱动8x48或4x52个段码。. {- M. P1 F$ K& r) L
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。2 ~4 F* u3 Y7 E  ?; S" C
低功耗特性:
5 ~+ S3 \7 r3 z; O根据规格书STM32U0 :
7 F# b6 N3 V; r4 W5 m# h*1.71 V至3.6 V电源
( L+ [4 [8 U0 m*-40°C至85/125°C的温度范围7 R/ r( Z$ W' f! S5 t5 y/ T/ A
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)& _% A+ Q7 C' L, }4 B+ U9 R7 A8 W
*关机模式(6个唤醒引脚):: i. N+ a- y+ [7 {/ M2 n6 v1 C
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):% |# q8 {) g' P
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA& A7 v. v! V% b  Q$ b
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA2 ]+ Q8 j0 O+ Z+ J7 ~9 Z
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ& L! G% \$ M' c, r! @
*批量采集模式
* @$ n8 x7 m$ k*4uA从停止模式唤醒用户4 K' q+ F2 E/ b% w$ r9 P/ U
*断电复位, N; `) \, \2 d+ G' f
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。3 }  M. K) M! r
   STM32U0的低功耗编程主要涉及配置微控制器进入不同的低功耗模式,以及管理这些模式的进入和退出条件。% L0 m" ]4 j' ?' B
1). 选择合适的低功耗模式) M- f4 ]7 S2 h  t! f
STM32U0支持多种低功耗模式,包括睡眠模式、停止模式和待机模式。根据应用的需求,选择合适的模式非常重要。
7 M) {# [' s3 J# R7 r/ y睡眠模式:CPU停止工作,但外设时钟保持开启。这种模式适用于外设需要持续运行但CPU不需要处理任务的场景。) g! F. _' J3 z3 w5 {3 @( |' J
停止模式:所有时钟都停止,但SRAM和寄存器内容保持不变。这种模式适用于需要快速唤醒的场景。# v' J; P/ Y7 n
待机模式:功耗最低,关闭了1.8V的内核电源。这种模式适用于长时间不需要工作的场景。
) ]; e* G5 O4 V2). 配置外设
( b. ~" S- l. J! l( I' I- _在进入低功耗模式之前,需要配置好外设的行为。例如,如果使用了外部中断来唤醒微控制器,那么需要配置相应的中断引脚,并设置中断优先级和触发条件。
. h7 h5 g0 P% x! F3). 配置时钟系统
* w" J" S! V4 q' c! ~% L" Y进入低功耗模式时,需要关闭不必要的时钟信号以降低功耗。这包括CPU时钟、外设时钟等。根据选择的低功耗模式,合理配置时钟系统是关键。6 [0 l+ n- s( K% u2 _; m  w/ [  Z
1.jpg
8 M; d4 p5 S! s
' _1 W% ^# Q3 y* Z+ d9 n. P* c. z
: S3 {" p7 U  J. i( h   在STM32微控制器家族中,MSI指的是Multi-Speed Internal Oscillator(多速内部振荡器)。对于STM32U0系列来说,MSI是一种灵活的内置低功耗振荡器,它可以生成多种频率的时钟信号,无需外部晶振或陶瓷谐振器。STM32U0系列中的MSI时钟源可以在一定范围内调整其输出频率,这样设计人员可以根据系统需求选择合适的时钟速度,既可以满足性能要求,也能优化功耗。在STM32U0系列中,MSI时钟源支持多个预定义的频率输出级别,这对于在低功耗模式下操作特别有用,因为它可以在不增加外部组件成本的同时提供稳定的时钟信号,从而简化系统设计并降低成本。此外,由于它是内部振荡器,因此不受外部环境温度和电压波动的影响,提高了系统的稳定性和可靠性。2 r+ i! V+ Z/ R2 C3 k$ Q
LED初始化2 ?+ {# k1 Y5 B
  1. static void MX_GPIO_Init(void)! Z. e0 v3 o0 z  ~; D$ X% |3 z
  2. {
    : K8 [) ]  h* }  U: V$ T' r  l  e
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    6 Y6 S( B4 I1 h' Z- a' Z0 Q, V
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */1 n/ z* {) c) U2 M1 ^' @
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    : u- C" ]+ e6 y8 T
  6. ; J4 W& T% n: O' y$ ^+ ]
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable *// P+ F4 O: _% ]3 J) \! M
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();3 W! {0 z* t  g0 c2 X
  9. 4 v6 E4 y4 N2 H/ U, J5 A
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */  k1 U. a2 v* E4 G$ A  C
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    . B- Q! n: d$ q8 I/ o* d
  12. 2 e9 h% L+ M! `! A$ [) ~0 s3 L
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */9 G5 Z# c/ b, s8 g
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;2 s7 U0 A) S5 ~1 v- R! [1 W% f
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    # x% z  M! w% u8 ~' \6 z
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    . U8 H8 q$ P+ o% L3 \
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;1 N4 \9 r1 U# O: T! g# Q
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    ) K! q( Z9 Q  D6 p( l+ f
  19. * M. b0 H* d6 M6 D
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */) @* w  x; Q; [
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    % F. X( O8 @/ Z/ h9 z
  22. }
复制代码

$ a+ N3 v4 t& p
9 M+ `' N' r5 q% v0 d8 [) }. I. z, S5 m" E3 a% k4 T4 I
3.jpg
4 b8 F; p6 k  |  c) l( B# A
- l0 F0 E& `4 l( [) Y
1 y( d! ^2 f( P# W. `9 |2 E5 FRCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_11; RCC_MSIRANGE_11 是STM32微控制器中的一个宏定义,它通常用于配置MSI(Multi-Speed Internal)时钟的范围。MSI是STM32微控制器内部的一个时钟源,它可以提供不同的频率范围。通过JP5测试功耗:48M满速跑仅仅4.23 MA。RCC_MSIRANGE_1; 电流: 132uA。
, h, x! k; J2 K' I& L4 U4 ]& Q5 D8 x& O) k% O

# S; }8 a5 J' g$ G3 I1 I, L! F1 ]- i( f- M# ^8 @1 a% V; H8 K
4.jpg : j8 O' b  K2 L; u

- z( P7 o+ h- ?2 V! R% q' I1 k& \1 l
' H. b( `' ?7 v
小结:
5 a2 _0 i) F7 l: H7 p9 y    MSI(Multi-Speed Internal)是STM32系列微控制器内置的一种可调节频率的内部RC振荡器,其特点是能够在多个预定义的频率之间切换,以便优化系统的性能与功耗之间的平衡。通过测试发现MSI时钟频率对功耗很大。" g3 Q6 ?  B3 L) g7 b8 ^7 ~/ Z) T# _
时钟速度与功耗的关系:一般来说,时钟频率越高,MCU消耗的功率也就越大,因为更高的时钟速度意味着更快的运算速度和更多的开关动作,这些都会增加动态功耗。当降低MSI时钟频率时,由于内部电路的工作频率降低,动态功耗会随之减少。8 g% i, r7 l) Y9 V) U

1 E+ M8 B& @# S8 h) d( K7 A
3 b: ~) _0 ^7 R+ q9 d
3 j2 G( P0 p+ o2 I( p
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